[發(fā)明專利]一種耦合多源數(shù)據(jù)的區(qū)域氣象干旱等級預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610850079.6
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN107316095B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪興駿;郭生練;鐘逸軒;尹家波;巴歡歡;郭娜
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 肖珍

本發(fā)明公開了一種耦合多源數(shù)據(jù)的區(qū)域氣象干旱等級預(yù)測方法，通過對網(wǎng)格化衛(wèi)星遙感降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行空間降尺度，構(gòu)建高分辨率的區(qū)域降水空間數(shù)據(jù)庫，采用標(biāo)準(zhǔn)化干旱指數(shù)劃分干旱等級，引入反映大氣環(huán)流特征的大尺度氣象因子作為干旱狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的協(xié)變量，基于非平穩(wěn)Markov鏈模型構(gòu)建具有時變轉(zhuǎn)移概率的氣象干旱等級預(yù)測模型。本發(fā)明利用多源遙感信息和基礎(chǔ)下墊面特征捕捉區(qū)域降水在空間上的變異性，彌補了傳統(tǒng)站點觀測降雨不足，充分利用能反映大氣環(huán)流特征的大尺度氣象因子這一旱澇演變的外部脅迫和前兆信號，一定程度上考慮了旱澇形成和發(fā)展機理，更貼合氣象水文系統(tǒng)的動態(tài)演化特征，具有較強的科學(xué)性與實用性，可為搭建區(qū)域旱澇預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于災(zāi)害預(yù)報預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種耦合多源數(shù)據(jù)的區(qū)域氣象干旱等級預(yù)測方法。

背景技術(shù)

干旱是一種水分持續(xù)性短缺的自然現(xiàn)象，具有發(fā)生頻率高、持續(xù)時間長、波及范圍廣等特點。我國地處亞洲季風(fēng)氣候區(qū)，降水量空間和年內(nèi)分配嚴(yán)重不均，且季風(fēng)路徑和強度的年際變幅很大，加之境內(nèi)地形等因素造成的水熱不均，使得我國旱災(zāi)頻發(fā)，是世界上遭受干旱災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一。美國氣象學(xué)會在總結(jié)各種干旱定義的基礎(chǔ)上，將干旱分為四種類型，即氣象干旱、水文干旱、農(nóng)業(yè)干旱和社會經(jīng)濟干旱。氣象干旱是指降水減少或無降水，其他類型干旱的形成都與氣象干旱有直接的聯(lián)系。

相較于諸如洪水、臺風(fēng)等其他極端氣候事件所帶來的“沖擊性”后果，干旱的發(fā)生與發(fā)展具有顯著的隱蔽性和“蠕變”性。一場干旱事件的起始和終止時刻往往難以界定，而一旦其影響范圍和危害程度得以顯現(xiàn)，應(yīng)對和補救措施往往已嚴(yán)重滯后。因此，及時準(zhǔn)確的干旱預(yù)測，對于指導(dǎo)抗旱工作開展，加強災(zāi)害風(fēng)險應(yīng)急管理，提高災(zāi)害應(yīng)對水平等，均具有重大意義。

干旱監(jiān)測是干旱預(yù)測的基礎(chǔ)，現(xiàn)有方法大多基于實測雨量站點數(shù)據(jù)，但由于觀測站點密度和分布不均勻的問題，難以體現(xiàn)降水分布的空間異質(zhì)性；在一些偏遠(yuǎn)的資料稀缺或無資料地區(qū)，更是難以獲取觀測數(shù)據(jù)。近年來遙感技術(shù)的發(fā)展，為大范圍干旱監(jiān)測提供了一條全新的途徑。高志強^[1]發(fā)明了一種基于地表水熱通量遙感反演的干旱監(jiān)測方法及系統(tǒng)，用于估算不同氣候、地形條件下的區(qū)域地表能量和蒸散分布，為區(qū)域農(nóng)業(yè)旱情監(jiān)測提供技術(shù)支持。李就好等^[2]發(fā)明了一種基于HJ-1A/1B CCD數(shù)據(jù)的干旱監(jiān)測方法，結(jié)合由HJ-1A/1B CCD遙感數(shù)據(jù)得到的MPDI數(shù)據(jù)和作物生育期來確定農(nóng)業(yè)干旱情況；馮杰等^[3]提供了一種基于數(shù)據(jù)挖掘的干旱監(jiān)測方法，綜合考慮干旱監(jiān)測中的多源遙感空間信息對遙感降水進(jìn)行空間降尺度，采用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建干旱監(jiān)測模型。但受當(dāng)前技術(shù)水平的限制，干旱遙感監(jiān)測還存在空間分辨率低等不足。

區(qū)域性的旱澇現(xiàn)象通常由局地大氣水分收支的暫時性異常引起，但由于其影響因素眾多且相互作用復(fù)雜，由于缺乏對災(zāi)變機制的全面認(rèn)識，目前尚難以實現(xiàn)災(zāi)情的準(zhǔn)確評估和預(yù)報。取而代之的是，可以對旱澇事件發(fā)生的相對頻率和強度(等級)進(jìn)行定量的預(yù)估。現(xiàn)有區(qū)域旱澇等級的預(yù)測預(yù)報主要從旱澇事件的隨機性入手，采用時間序列分析工具，以達(dá)到揭示其時空演變特征的目的。楊志勇等^[4]采用二維Copula函數(shù)構(gòu)建了灤河流域代表性氣象站點季節(jié)降水距平百分率序列的聯(lián)合分布，計算出各個站點旱澇交替和連旱連澇兩類旱澇組合事件的發(fā)生概率。宋新山等^[5]利用Markov模型計算了黃淮海中下游地區(qū)16個代表站540年來不同旱澇狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率、持續(xù)時間、重現(xiàn)時間等統(tǒng)計特征。馮平等^[6]采用三維對數(shù)線性模型建立了灤河潘家口水庫控制流域21個雨量站短期氣象干旱等級預(yù)測模型，實現(xiàn)了預(yù)見期為1個月和2個月的氣象干旱等級預(yù)測。

上述方法多將旱澇演變視作平穩(wěn)過程，即認(rèn)為其統(tǒng)計特征如旱澇狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率等不隨時間改變，可由過往實測的氣象或水文序列樣本統(tǒng)計得到。然而，受氣候變化和人類活動的干擾，氣象水文系統(tǒng)具有顯著的動態(tài)演化特征。為了有效應(yīng)對動態(tài)演化條件下區(qū)域旱澇事件的災(zāi)變風(fēng)險，亟需研發(fā)能夠綜合考慮內(nèi)在成因與外部脅迫的區(qū)域旱澇預(yù)測方法。

文中涉及的參考文獻(xiàn)如下：